LED diódák

A LED rövidítés az angol light emitting diode kifejezésből származik, ami fényt kibocsátó diódát jelent. Hogyan használjuk őket úgy, hogy ne égjenek ki?

Egy kis elmélet

A LED dióda alapvetően ugyanúgy működik, mint a hagyományos dióda, vagyis csak egy irányban engedi át az elektromos áramot. Még a LED diódák kapcsolási jele (szimbóluma) is hasonló a hagyományos diódákéhoz, a különbség csupán a kis nyilakban van, amelyek a fény kibocsátását jelzik.

A LED diódák tehát hagyományos diódák, de úgy optimalizálták őket, hogy látható fényt bocsássanak ki – általában egy meghatározott hullámhosszon. Ennek köszönhetően különböző színű diódák léteznek, a leggyakoribbak természetesen az RGB alapszínek: piros (red), zöld (green) és kék (blue). A kék dióda feltalálásáért még Nobel-díjat is adtak.

A fény kibocsátása akkor jön létre, amikor az elektromos áram áthalad a félvezető alkatrészen, és a fény színe attól függ, hogy az áthaladó elektronok mekkora energiát szabadítanak fel. A fehér LED diódákat általában úgy készítik, hogy több félvezető réteget kombinálnak, így a kibocsátott spektrum tartalmazza az összes látható színt, ami számunkra fehérnek tűnik. Azokat a LED diódákat, amelyek infravörös fényt bocsátanak ki, IR diódáknak (infra-red) nevezik. Ezeket leggyakrabban távirányítókban és vevőegységekben használják

Kinézet

A LED diódák különféle méretekben és típusokban kaphatók. A leggyakrabban használt THT típusok 3 mm-es és 5 mm-es méretűek, míg az SMD LED diódák leggyakoribb méretei az 0805 és 1206.
A THT (through hole technology) azt jelenti, hogy az alkatrészeknek lábaik (pinek) vannak, amelyeket az áramköri lap furatain vezetik át.
Az SMD (surface mount device) ezzel szemben olyan alkatrészt jelent, amelyet a nyomtatott áramköri lap felületére forrasztanak fel.

A THT LED diódáknak általában két lábuk van. A hosszabb az anód, amelyet a pozitív feszültségre kell kötni, míg a rövidebb a katód, amelyet a földre (vagy negatív pólusra) csatlakoztatunk. Az RGB LED diódák akár négy lábbal is rendelkezhetnek – minden láb egy adott színhez tartozik, és lehetnek közös anódos vagy közös katódos kivitelűek (azaz közös pozitív vagy közös negatív csatlakozással).

LED bekötése és paraméterei

Minden LED dióda jellemzett (más paraméterek mellett) a Vf és If értékekkel — angolul forward voltage (előremenő feszültség) és forward current (előremenő áram). Ezek alapján tudjuk a LED-et helyesen bekötni; mutatjuk példával.

Az áruházunkban is található 5 mm-es LED, amelynek karakterisztikája: Vf = 2,0 V és If = 20 mA. Tegyük fel, hogy a tápegységünk egy Arduino, tehát a digitális kimenet feszültsége 5 V. Ha a diódát közvetlenül az Arduino kimenetre kötjük, nem lesz hosszú élettartamú — valószínűleg milliszekundumok alatt tönkremegy: előfordulhat, hogy „pukkan”, vagy először nagyon fényesen világít, majd végleg elhal. Ezért korlátoznunk kell a diódán átfolyó áramot. Ebben segít egy egyszerű soros ellenállás; az értékét Ohm törvénye szerint számoljuk ki.

A tápegység 5 V-ot ad, a dióda viszont csak Vf = 2 V-ot igényel, tehát a maradék 3 V-ot az ellenálláson kell leejtenünk. Tudjuk, hogy a kívánt áram 20 mA, ezért behelyettesítve az Ohm-törvénybe:

R=3V/0,02A (ne felejtsük el átváltani a mértékegységet amperre, mivel voltban számolunk) = 150 Ω (ohm). Egyébként teljesen mindegy, hogy az ellenállást a LED dióda elé vagy mögé kötjük — a működés szempontjából nincs különbség.

Tehát sorba kell kötni egy 150 Ω értékű ellenállást — szuper. Mi van azonban, ha otthon csak 130 Ω vagy 168 Ω ellenállásunk van; használható-e valamelyik? Igen, használható. Ritka, hogy az ellenállás pontosan az elméleti érték legyen, amit éppen gyártanak, és még ritkább, hogy pont olyan legyen, mint ami otthon található. Ilyenkor mindig jobb nagyobb ellenállást választani, mint kisebbet: a nagyobb ellenállás nagyobb feszültségesést okoz, így a LED némileg gyengébben fog világítani, de ez általában észrevehetetlen, és legalább tovább fog tartani.